جیجو مالاییل -۸ نوامبر ۲۰۲۵، تجمع برف روی پنلهای خورشیدی.
محققان در سوئیس مدلی را برای بررسی چگونگی تأثیر الگوهای برف بر عملکرد فتوولتائیک خورشیدی (PV) در محیطهای آلپاین توسعه دادهاند.کار آنها بر بهینهسازی سیستمهای PV ساخته شده با استفاده از هلیوپلانت – یک سازه قاب خورشیدی عمودی ثبت شده از اتریش – متمرکز است.
این مطالعه نشان میدهد که تأسیسات خورشیدی آلپاین میتوانند به لطف نور خورشید منعکس شده توسط برف، خروجی برق زمستانی قوی ارائه دهند. با این حال، تجمع بیش از حد برف میتواند پنلها را مسدود یا حتی دفن کند و منجر به کاهش کارایی و آسیب احتمالی شود.
به گفته محققان دانشگاه پلیتکنیک فدرال لوزان (EPFL) و موسسه تحقیقات برف و بهمن WSL، تعیین مؤثرترین طراحی برای سیستمهای فتوولتائیک آلپاین مستقل و بزرگ، همچنان یک سوال بیپاسخ است، اگرچه چیدمان عمودی هلیوپلانت نویدبخش کاهش تجمع برف است.
محققان در چکیده مطالعه گفتند: “یافتههای کلیدی نشان میدهد که گروهبندی واحدها با هم، ظرفیت فرسایش سازه متقاطع را کاهش میدهد.”
آلودگی دومین عامل مهم مؤثر بر راندمان فتوولتائیک (PV) پس از تابش خورشید است، به ویژه در مناطق با نور خورشید زیاد. در مناطق برفی، ذرات برف به طور قابل توجهی در آلودگی نقش دارند و تلفات تولید ناشی از برف در زمستان به ۱۰۰ درصد میرسد.
به گفته محققان، این تلفات به دلیل تفاوت در آب و هوا و طراحی سیستم، از جمله زاویه شیب ماژول، ارتفاع و چیدمان، که تعیین میکند برف از پنلها چقدر مؤثر است، بسیار متفاوت است. وقتی برف زیر ماژولها جمع میشود و به لبه پایینی آنها میرسد، مانع از ریزش بیشتر برف میشود و پنلها را مجبور میکند برای تمیز کردن به ذوب آهسته تکیه کنند. از این رو، به حداقل رساندن تجمع برف مجاور برای حفظ توان خروجی در سیستمهای فتوولتائیک آلپاین حیاتی است.
هلیوپلانت، یک سیستم قاببندی عمودی فتوولتائیک (PV) ثبت شده که توسط شرکت مهندسی اتریشی Ehoch2 توسعه یافته است، برای کاهش تجمع برف در تاسیسات خورشیدی آلپاین طراحی شده است. این سازه دارای یک قاب متقاطع با چهار بال خورشیدی است که به طور غیرفعال از تجمع برف در ناحیه پنل جلوگیری میکند.
برای ارزیابی عملکرد آن، محققان از یک مدل دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) به نام Snowbedfoam برای شبیهسازی انتقال برف و ارزیابی اثرات رانش برف در اطراف سیستمهای Helioplant استفاده کردند. Snowbedfoam، یک حلکننده اویلری-لاگرانژی مبتنی بر OpenFOAM، مدلسازی دقیق الگوهای حرکت و رسوب برف را امکانپذیر میکند.
این مطالعه اولین کاربرد یک مدل دقیق انتقال برف در سازههای فتوولتائیک است. به گزارش مجله PV، این شبیهسازیها به عنوان بخشی از یک تحلیل حساسیت با هدف شناسایی چگونگی تأثیر تغییرات طراحی بر رفتار برف انجام شد. نتایج، دستورالعملهای عملی برای بهینهسازی چیدمان و پیکربندی سیستمهای PV عمودی در محیطهای آلپی ارائه میدهد و از توسعه تأسیسات خورشیدی کارآمدتر و مقاومتر در برابر برف پشتیبانی میکند.
این مطالعه، شبیهسازیها را با مشاهدات میدانی انجام شده در یک سایت آزمایشی تطبیقی ترکیب کرد تا رفتار برف در اطراف تأسیسات Helioplant را ارزیابی کند. پارامترهای کلیدی مورد تجزیه و تحلیل شامل آزیموت، ارتفاع از سطح زمین، فاصله بین واحدها، اندازه گروه و همترازی بودند.
یافتهها چندین توصیه عملی برتر برای بهینهسازی چیدمانهای PV آلپی ارائه داد. نتایج نشان داد که فاصله بین ماژولها و زمین باید بیش از 0.6 متر باشد تا تجمع برف به حداقل برسد و سازهها باید تا حد امکان در جهت باد غالب تراز شوند تا از مناطق محافظتشده که برف در آنها جمع میشود، جلوگیری شود. مشخص شد که مکانهایی با الگوهای باد از جهتهای عمود یا مخالف، بهترین عملکرد را دارند.
به گفته این تیم، این تحقیق بر ارزش ترکیب مدلسازی CFD با آزمایش میدانی در مقیاس کوچک، به ویژه هنگام افزایش مقیاس به نیروگاههای PV بزرگ آلپی تأکید دارد. این رویکرد و روشهای شبیهسازی نه تنها برای پیکربندیهای هلیوپلانت، بلکه برای سیستمهای مختلف نصب فتوولتائیک نیز قابل استفاده است.
کارهای آینده بر ادغام مدلسازی رسوب برف با شبیهسازیهای بازده فتوولتائیک برای پیشبینی دقیقتر تلفات انرژی و گسترش تجزیه و تحلیلها به زمینهای پیچیدهتر و ناهموار آلپی متمرکز خواهد بود.
جزئیات تحقیقات این تیم در مجله Cold Regions Science and Technology منتشر شده است.
